自清洁太阳能涂层将电池效率提升近5%

自我清洁的涂层

一个研究小组开发了一种透明超疏水自清洁涂层,使太阳能电池效率提高4.75%,解决了太阳能产业最持久和最昂贵的问题之一:脏面板。该涂层使水滴聚集在表面上并滑落,携带灰尘、花粉和其他碎屑,模仿了荷叶的自清洁特性。

该技术可为太阳能产业节省数十亿美元的维护成本,同时提高全球所有装置的能源产量。污垢损失(因脏面板导致效率降低的技术术语)通常会降低太阳能输出5至25%,具体取决于位置、气候和清洁频率。

涂层的工作原理

该涂层基于纳米结构二氧化硅配方,在微观层面创造了分层表面纹理。这种纹理在水滴下方陷留空气,大幅减少了水滴与表面之间的接触面积。结果是接触角大于150度,这意味着水以几乎球形的方式坐在表面上,只需轻微倾斜即可滑落。

当水滴在面板上滑落时,通过粘附力和毛细力的组合拾起微粒物质。这种被动清洁机制适用于自然降雨、早晨露水,甚至湿度凝结,这意味着大多数气候中的面板无需人工干预或机械系统即可定期清洁。

至关重要的是,该涂层在整个太阳光谱中保持高光学透明度。以前的超疏水涂层通常牺牲光传输以换取防水性能,导致净效应为零,甚至能量输出下降。研究人员通过优化纳米结构尺寸来最小化光散射,同时保持超疏水效果解决了这个问题。

测试和性能数据

4.75%的效率提升是在为期六个月的现场测试中测量的,对比了相同条件下的涂层和未涂层面板。涂层面板保持持续更高的输出,在干燥多尘的时期,未涂层面板积累严重污垢时,性能差距扩大。

耐久性测试表明,涂层在暴露于紫外线辐射、零下20至85摄氏度的温度循环以及模拟冰雹撞击后保持了超疏水特性。研究人员报告说,该涂层在加速老化测试中至少保持了18个月的性能特性,相当于大约五年的现场暴露。

该涂层可通过不需要拆卸或专业设备的喷涂工艺应用于现有太阳能板。这种改造能力意味着该技术可以使全球范围内的大量现有太阳能板受益,而不仅仅是新装置。

对太阳能运营的经济影响

面板清洁是太阳能发电站运营中惊人昂贵的一个部分。中东、北非和美国西南部等干旱地区的大规模装置可能需要每几周清洁一次,使用机器人系统、人工劳动或耗水清洗。国际能源署估计,污垢每年给全球太阳能产业造成30至50亿美元的产量损失和清洁费用。

一种消除主动清洁需求而同时增加能源输出的涂层可能会从根本上改变太阳能运营的经济学。即使在污垢问题较轻的温带气候中,面板25至30年使用寿命内的累积效率提升也代表了重要的额外收益。

研究人员估计,该涂层增加的面板成本不到2%,同时提供的效率收益在第一年内就能抵消。对于拥有数万块面板的公用事业规模装置,仅清洁费用的节省就将是可观的。

后续步骤

研究小组正与制造合作伙伴合作扩大生产规模并为太阳能板工厂开发自动施工系统。他们预计在12至18个月内实现商业化应用,初期应用将针对高污垢环境中的公用事业规模装置。随着全球太阳能装机容量继续快速增长,改善现有面板性能和降低运营成本的技术变得越来越宝贵。

本文基于PV Magazine的报道。阅读原始文章。